Präzisions-Kunststoffspritzguss für einen multifunktionalen Haartrockner

Zu den Hauptkomponenten eines Haartrockners gehören ein Lüfter (angetrieben von einem Elektromotor), Heizelemente (meist aus Nichromdraht) und ein Schutzgehäuse. Die größte Herausforderung, die dabei häufig auftritt, ist Kunststoffspritzguss Bei einem Föhn geht es um die Gestaltung des Luftkanals bzw. des Lufteinlasses.

Bei der Herstellung von Haartrocknern müssen die Ingenieure sicherstellen, dass das Design ein Gleichgewicht zwischen hoher Luftströmungsgeschwindigkeit, Geräuschdämpfung, Wärmemanagement und Gewicht herstellt. Ist der Luftkanal schlecht konstruiert, kann dies zu erhöhten Geräuschpegeln, geringerer Leistung und Überhitzung führen. Im Folgenden sind die wichtigsten Bestandteile eines Haartrockners aufgeführt.

• Motorgetriebener Ventilator: Es handelt sich um einen leistungsstarken Motor, der die daran befestigten Lüfterflügel antreibt, die eine doppelte Funktion erfüllen: Sie saugen kühlere Luft an und blasen die erwärmte Luft auf das Haar des Benutzers.
• Heizelement: Es besteht größtenteils aus blankem, gewundenem Nichromdraht, der um Glimmerisolatoren gewickelt ist. Es nutzt Strom, um die Luft zu erwärmen.
• Gehäuse oder Hülle eines Haartrockners: Dies ist die äußere, hitzebeständige Kunststoffschicht, die die inneren Bauteile schützt.
• Schaltflächen oder Bedienelemente: Ermöglicht es dem Benutzer, die Lüftergeschwindigkeit und die Heizleistung anzupassen, um den gewünschten Trocknungsgrad zu erreichen.
• Lufteinlass oder Filter: Ein Gitter oder ein Schutzsieb an der Rückseite des Haartrockners, das verhindert, dass Fremdkörper in das Gerät gelangen.
• Düse oder Konzentrator: Dies ist die Öffnung an der Vorderseite, die den Luftstrom auf die vom Benutzer gewünschten Stellen lenkt.

Anforderungen des Kunden

Ein im Ausland ansässiger Haartrocknerhersteller betrat mit einer Produktzeichnung das Büro von First Mold. Sein Ziel war es, einen Formenbauer zu finden, der ihm bei der Herstellung eines professionellen Haartrocknerform. Der Hersteller war bereits mit einer Marke auf dem Markt vertreten und hatte (mithilfe von Online-Umfragen) Rückmeldungen seiner Kunden gesammelt, die er in die nächste Generation seiner Haartrockner einfließen lassen möchte.

Das wichtigste Feedback, das sie von den Nutzern ihrer ersten Föhn-Generation erhielten, war, dass das Produkt manchmal so heiß wird, dass es unangenehm in der Hand liegt. Ein weiteres häufig genanntes Problem war die lokale Überhitzung. Die erste Generation war nicht so langlebig und leise, wie es sich die meisten Nutzer gewünscht hätten. Der einzige Grund, warum sich der Haartrocknerhersteller auf dem Markt behaupten konnte, waren die wettbewerbsfähigen Preise und das extrem geringe Gewicht seines Produkts.

Der Kunde wünschte sich Kunststoffspritzgussformen für Haartrockner, mit denen sich die von seinen Kunden geäußerten Probleme beheben ließen, ohne dabei die Vorteile der ersten Generation seiner Haartrockner aufzugeben. Er war bereit, Anpassungen an seinen Konstruktionsplänen vorzunehmen, falls dies nach Einschätzung seines idealen Partners für Haartrockner-Spritzgussformen erforderlich sein sollte.

Herausforderungen und Lösungen

Die Ingenieure von First Mold untersuchten das erste Modell der Haartrockner des Kunden, um einige der von den Nutzern geäußerten Bedenken zu überprüfen. Die Ergebnisse der Untersuchung trugen entscheidend dazu bei, eine Lösung zu finden, die ein erneutes Auftreten der Probleme verhindert. Im Zuge der Untersuchung stellten die Ingenieure von First Mold fest, dass die bei den ersten Produkten gemeldeten Probleme zum Teil auf das verwendete Material und zum Teil auf die Konstruktion der Luftkanalkomponenten zurückzuführen waren.

Mithilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) gelang es First Mold, die Strömungswege zu simulieren und zu optimieren, wodurch eine maximale Luftgeschwindigkeit von rund 23 m/s gewährleistet und gleichzeitig der Geräuschpegel unter 80 dB gehalten werden konnte. Zu den Vorschlägen der Ingenieure von First Mold zur Lösung des Problems der Überhitzung und der lauten Geräuschentwicklung gehören unter anderem die Anpassung der Leitschaufeln, die Minimierung scharfer Kanten sowie das Polieren der Innenflächen, um die Bildung von Wirbeln zu verhindern.

Auswahl des Materials

Anstelle der Polycarbonat-Acrylnitril-Butadien-Styrol-Mischung (PC+ABS), die bei der Herstellung der Haartrockner der ersten Generation verwendet wurde, schlug First Mold eine verbesserte Mischung aus Polyamid 66 mit 30%-Glasfasern (PA66+30%GF) vor, Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS).

• PA66+30%GF: Es zeichnet sich durch eine sehr hohe Festigkeit (bis zu 180–190 MPa), Formstabilität, Härte und Steifigkeit aus. Außerdem weist es im Vergleich zu PA66 eine geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Hitzebeständigkeit auf, wobei die Wärmeformbeständigkeitstemperatur häufig 250–260 erreicht.^oC. PA66+30%GF weist eine gute Chemikalien- und Verschleißfestigkeit auf.
• PP: Dies ist der leichteste handelsübliche Kunststoff mit einer Dichte von etwa 0,90 – 0,91 g/cm³. Er weist eine hervorragende Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln auf und hält Temperaturen von bis zu 160 – 170 stand.^oC. Im Gegensatz zu Polyamiden weist es eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme auf.
• PS: Die attraktivste physikalische Eigenschaft von PS ist, dass es in seiner amorphen, unveränderten Form transparent ist. Allerdings weist es eine geringe Hitzebeständigkeit auf (100^oC), mäßige chemische Beständigkeit und hervorragende Dimensionsstabilität.

Es war eine geeignete Materialmischung erforderlich, um die vom Heizelement im Föhn erzeugte Wärme zu speichern und das Überhitzungsproblem zu beheben, das von den meisten Nutzern des Vorgängermodells des vom Kunden hergestellten Föhns gemeldet wurde.

Herstellung von Formen für Haartrockner

First Mold entwarf für den Kunden eine Spritzgussform für ein Haartrocknergehäuse aus Kunststoff sowie einige weitere Formen. Da das Gehäuse und die anderen Komponenten eine Steckverbindung, … war es wichtig, die Toleranz so gering wie möglich zu halten (0,03 mm), um eine einfache Montage ohne zusätzlichen Klebstoff zu ermöglichen.

Da der Kunde eine Form für die Serienfertigung wünschte, entschied sich First Mold für eine Form aus Stahl für Haartrockner, da diese Hunderttausende von Produktionsläufen ermöglichen würde, bevor sie ausgetauscht werden müsste. Die Ingenieure von First Mold fertigten die Präzisionsform mit der erforderlichen Toleranz mithilfe von 5-Achsen-CNC-Bearbeitungstechnologie.

Konstruktion des Luftstrombahnen-Schablonensystems für einen Haartrockner

Die Ingenieure von First Mold stellten mehrere Probleme bei der Konstruktion der Luftkanäle und Bauteile der ersten Generation der Haartrockner des Kunden fest. Die Form des Luftkanals war schlecht ausgelegt, was zu Turbulenzen führte, und der Einlass war nicht sorgfältig durchdacht, was die Turbulenzen noch verstärkte.

Auch die Krümmung der Lüfterflügel trug zu Luftturbulenzen bei, die bei der ersten Generation zu erhöhten Geräuschpegeln führten. Im Folgenden sind die vier entscheidenden Aspekte bei der Konstruktion der Luftkanäle aufgeführt, die die Ingenieure von First Mold bei der Herstellung der Föhnformen für den Kunden berücksichtigt haben.

1. Optimierung der Innengeometrie im Hinblick auf die Aerodynamik

Der Lufteinlass bzw. der Luftkanal wurde so konstruiert, dass er den Übergang von Hochdruckluft am Motor zu einem Auslass mit hoher Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht. Eine ungünstige Form des Luftkanals führt zu Turbulenzen, die den Wirkungsgrad verringern und Energieverschwendung zur Folge haben.

Scharfe Kanten und stumpfe Ecken erhöhen den Luftwiderstand und verringern den Luftstrom.  Ist der Luftkanal zu eng, entsteht ein Gegendruck, der den Motor zu höherer Leistung zwingt, was zu einer Überhitzung führen kann. Unter Berücksichtigung dieser Feinheiten entwickelte First Mold hochpräzise Formen für die Ventilatorflügel und das Luftkanaldesign, wodurch die Geräuschentwicklung gegenüber der ersten Generation um mehr als ein Drittel reduziert wurde.

2. Gewährleistung der thermischen Sicherheit und des thermischen Managements

Der Luftkanal und andere im Spritzgussverfahren hergestellte Kunststoffkomponenten des Haartrockners wurden, wie bereits erwähnt, aus einem hitzebeständigen Kunststoffgemisch gefertigt. Damit wurde das Überhitzungsproblem der ersten Generation behoben. Dank des verbesserten Materials lässt sich die neue Generation von Haartrocknern auch über einen längeren Zeitraum hinweg bequem bedienen.

Neben den Sicherheitsbedenken hinsichtlich des Haartrockners gibt es auch Sicherheitsbedenken für den Benutzer. Die Ingenieure von First Mold haben die Konstruktion des Luftkanals so durchdacht, dass die von der Heizspirale erzeugte Wärme gleichmäßig verteilt wird, um Hotspots zu vermeiden, die das Haar und die Kopfhaut verbrennen könnten.

3. Akustiktechnik zur Lärmreduzierung

Weißes Rauschen entsteht, wenn Luft mit hoher Geschwindigkeit durch einen schmalen Kanal strömt. Je leistungsstärker der Motor, desto höher ist wahrscheinlich der Geräuschpegel. Geräuschpegel über 85 Dezibel können für viele Kunden ein großes Ausschlusskriterium sein.

Eine der Herausforderungen, die Hersteller von Haartrocknern bewältigen müssen, besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen der Geometrie des Luftkanals und der Motordrehzahl herzustellen. Die Konstruktion des Luftkanals muss so gestaltet sein, dass resonanzbedingte, laute Luftströmungen vermieden werden. First Mold hat dieses Gleichgewicht mithilfe von Simulationssoftware erreicht.

4. Kompakte Bauweise und Wartungsfreundlichkeit

Um eine Ermüdung der Hand während des Gebrauchs zu vermeiden, war es wichtig, einen Händetrockner zu entwickeln, der leicht und so kompakt wie möglich ist. Aus diesem Grund wurde das Gehäuse so konzipiert, dass es in ein kleines Format passt, in dem verschiedene Komponenten wie Heizelemente, Lüfterflügel, ein Motor und Negativ-Ionen-Generatoren für einen unterbrechungsfreien Luftstrom untergebracht sind. First Mold erreichte das gewünschte kompakte und leichte Design durch dünne, mit Rippen verstärkte Wände.

Die Wartungsfreundlichkeit ist ein weiterer wichtiger Faktor, den Hersteller von Haartrocknern aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Lebensdauer berücksichtigen müssen. Der hintere Lufteinlass und die internen Luftkanäle neigen dazu, durch Flusen und Haaransammlungen verstopft zu werden. Sind die Lüftungsöffnungen einmal verstopft, wird der Luftstrom eingeschränkt, wodurch der Motor stärker beansprucht wird. In Zusammenarbeit mit dem Hersteller entwickelte First Mold eine hintere Abdeckung mit Schnappverschluss, auf der die Anweisungen zum Zerlegen für Reinigungszwecke eingeprägt sind.

Was der Kunde durch die Zusammenarbeit mit First Mold gewonnen hat

Durch effektive Kommunikation und Zusammenarbeit nutzte der Kunde das jahrzehntelange Fachwissen der Ingenieure von First Mold, um die kritischen Probleme zu lösen, über die sich die Nutzer seiner ersten Generation von Lufttrocknern beschwert hatten. Zu den drei wichtigsten Vorteilen, mit denen der Kunde äußerst zufrieden war, zählen:

• Kurze Lieferzeit: First Mold lieferte innerhalb von drei Wochen die Formen für die Spritzgussteile des Haartrockners. Dank der kurzen Lieferzeit konnte der Kunde sein Marketingbudget und seine Liefertermine einhalten.
• Leichtes Gewicht: In Zusammenarbeit mit First Mold entwickelte der Kunde eine neue Generation von Haartrocknern, die mehr als 100 Gramm leichter waren als die Vorgängergeneration.
• Kostensenkung: Der Kunde hat sein Ziel, die Form für den Haartrockner herzustellen, innerhalb seines Budgets erreicht.

FAQ